finite element method
در نشریات گروه برق-
Scientia Iranica, Volume:31 Issue: 20, Nov-Dec 2024, PP 1880 -1888Modeling and determining the optimal conditions for the Jet Electrochemical Machining (Jet-ECM) process is critical. In this study, a hybrid approach combining numerical and Design of Experiments (DOE) methods have been applied to model and determine the optimal conditions for Jet-ECM. The voltage (V), inner tool diameter (I), initial machining gap (G), and electrolyte conductivity (C) are considered input variables. Additionally, dimensional accuracy (E) and machining depth (D) are response variables. Twenty-seven numerical simulations have been performed using the Box–Behnkendesign to implement the Response Surface Methodology (RSM). Consequently, two mathematical models have been obtained for these response variables. The effects of the input variables on the response variables are investigated using statistical techniques such as variance analysis. Furthermore, the desirability function approach has been applied to determine the optimal conditions for dimensional accuracy and depth of machining. The results show that the optimal values for achieving maximum depth of machining while maintaining a dimensional accuracy of 0.05 mm are as follows:electrolyte conductivity of 8 S/m, voltage of 36.9 V, initial machining gap of 200 μm, and inner tool diameter of 0.4 mm.Keywords: Jet Electrochemical Machining, Modeling, Finite Element Method, Design Of Experiments, Optimization
-
موضوع این مقاله طراحی و مدل سازی یک حسگر الکترودینامیک با مدار و مشخصات بهبود یافته برای اندازه گیری بار ذرات متحرک است. این حسگر می تواند با رصد تغییرات میدان مغناطیسی، در طراحی و ساخت ادوات نوع غیرمستقیم در اندازه گیری پارامترهای سرعت ، تراکم و توزیع ذرات متحرک در لوله ها و انتقال دهنده های صنعتی استفاده گردد. دو جزء اصلی حسگر شامل ترانسدیوسر و مدار شکل دهنده سیگنال است. بخش ترانسدیوسر از یک الکترود فلزی سکه ای و یک مبدل جریان به ولتاژ ساخته شده است که فرآیند طراحی آن شامل بدست آوردن مدل حساسیت الکترومغناطیسی الکترود و محاسبه جریان القاء شده به آن است. همچنین، اجزای مدار شکل دهنده سیگنال، با قطعات الکترونیکی بروز، شامل تقویت کننده های متوالی ولتاژ و فیلتر های کاهش نویز است که بر مبنای نتایج مدل سازی ترانسدیوسر طراحی شده اند. نتایج حاصل از آزمایشها و شبیه سازی های طرح نهایی نشان داد که حسگر می تواند طیف وسیعی از دامنه میدان مغناطیسی ناشی از ذرات متحرک را با حساسیت بالا و پایداری مناسب مدار تشخیص دهد و می تواند گزینه مناسبی در استفاده در ابزار های اندازه گیری باشد.کلید واژگان: حسگر الکترودینامیک، روش اجزاء محدود، ترانسدیوسر، مدل حساسیت، مدار شکل دهنده سیگنالThe subject of this article is the design and modeling of an electrodynamic sensor with improved circuit specifications to measure the charge of moving particles. This sensor can be used to observe magnetic field changes, non-intrusively, to measure velocity, density, and distribution parameters of moving particles in industrial pipelines and conveyors. The two main components of the sensor are the transducer and the signal conditioning circuit. The transducer is made of a coin-shaped metal electrode and a transimpedance amplifier. The electrode design process involves obtaining the magnetic sensitivity model of the electrode and calculating the induced current. In addition, the signal conditioning circuit components, with upgraded electronics, include sequential voltage amplifiers and a noise reduction filter that are based on transducer modeling results. The results of the experiments and simulations of the final design showed that the sensor can detect a wide range of magnetic field amplitudes produced by moving particles. Also, the sensor has high sensitivity and good circuit stability and can be a good choice for use in measuring instruments.Keywords: Electrodynamic Sensor, Finite Element Method, Transducer, Sensitivity Model, Signal Conditioning Circuit
-
نشریه فناوری های نوین مهندسی برق در سیستم انرژی سبز، سال چهارم شماره 3 (پیاپی 15، پاییز 1404)، صص 44 -57
در این مقاله، مدل بهبودیافته ای از ریزولورهای رلوکتانسی تشخیص موقعیت زاویه ای با دقت بالا در شرایط نامحوری ارایه شده است. در ریزولور پیشنهادی، ابعاد استاتور به گونه ای طراحی و بهینه سازی شده است که خطای نامحوری تاثیر کمتری در دقت خروجی داشته باشد. به این منظور، ابتدا یک ریزولور رلوکتانسی متعارف با سیمپیچی بدون همپوشانی معرفی و شبیه سازی می شود. سپس انواع مختلف خطاهای نامحوری به منظور پیاده سازی در نرم افزار مکسول فرمول بندی و معرفی می شوند. عملکرد ریزولور تحت خطاهای نامحوری با درجه های مختلف، شبیه سازی و از بین تمامی آنها، خطایی که بیشترین تاثیر را در دقت ریزولور دارد شناسایی می شود. به منظور بهبود عملکرد و دقت حسگر پیشنهادی، اندازه ی دندانه ها با معرفی دو پارامتر α و β و با استفاده از آنالیز حساسیت در نرم افزار مکسول شبیه سازی می گردد. با مقایسه ی شبیه سازی های انجام شده توسط روش اجزای محدود، مقدار بهینه ی این دو پارامتر بدست آمده و عملکرد ریزولور با ابعاد بهینه شده در حضور و عدم حضور خطای نامحوری بررسی می شود. نتایج حاصل از شبیه سازهای این ریزولور، صحت عملکرد و دقت بالاتر آن را در شرایط نرمال و خطای نامحوری نسبت به نوع متعارف تایید می کند. به دلیل استفاده از ابعاد فیزیکی و تحریک الکتریکی یکسان در ریزولور پیشنهادی و متداول، این ریزولور قابل جایگزین با مدل متداول در صنایع مختلف است.خطای نامحوری نسبت به نوع متعارف تایید می کند. به دلیل استفاده از ابعاد فیزیکی و تحریک الکتریکی یکسان در ریزولور پیشنهادی و متداول، این ریزولور قابل جایگزین با مدل متداول در صنایع مختلف است.
کلید واژگان: ریزولور رلوکتانسی، خطای نامحوری، ساختار بدون همپوشانی، روش اجزای محدودJournal of Technovations of Electrical Engineering in Green Energy System, Volume:4 Issue: 3, 2024, PP 44 -57In this article, an improved model of reluctance resolvers for accurate angular position detection in the presence of static, dynamic and mixed eccentricity faults is presented. In order to improve the accuracy of the resolver, first, a reference non-overlapping reluctance resolver is introduced and simulated. Various types of eccentricity faults are then implemented mathematically in the Maxwell software. The resolver's performance under different eccentricity faults is simulated, and the fault with the greatest impact on the accuracy is selected. Next, proposed resolver's tooth dimensions are parametrically defined using parameters α and β, and sensitivity analysis is performed using FEM. The optimal values of these two parameters are obtained by comparing the simulations’ results. Subsequently, the resolver with optimized dimensions is presented, and its performance is evaluated in the absence of the faults. The output characteristics of this resolver confirm its performance accuracy under normal conditions. Furthermore, the resolver is simulated under different eccentricity faults, and more precise performance is validated as well. Due to the same size and excitation for both conventional and proposed models, this model can replace the conventional ones in all industries.
Keywords: Reluctance Resolvers, Eccentricity Faults, Non-Overlapping, Finite Element Method -
The Vernier motor family is a type of electric motor that provides high torque density at low speed. In this paper, the spoke-type permanent magnet Vernier motor, which is a new type of permanent magnet Vernier motor, is discussed, and the concept of rare earth magnets is also discussed. To check the output torque of spoke-type permanent magnet Vernier motors, different rare earth magnets have been placed and the output torque value has been calculated for each and compared with ordinary magnets which are more economical and cheaper. In this comparison, it is concluded that using a certain type of magnet has the best results in the output torque, and using a magnet is more economicalKeywords: Spoke-Type Permanent Magnet Vernier Motor, Finite Element Method, Rare Earth Magnet, Average Torque
-
یکی از پرکاربردترین آزمایش ها به منظور شناسایی رفتار خاک و تعیین پارامترهای مقاومت برشی، آزمایش سه محوری است .برای مطالعه کامل رفتار مصالح خاکی نیاز به انجام آزمایش های متعددی است و این کار مستلزم صرف زمان و هزینه بسیار خواهد بود. راه حل جایگزین و مکمل، استفاده از مدل سازی عددی صحت سنجی شده است. برای مدل سازی نیاز به مدل های رفتاری مناسب می باشد تا توصیفی کیفی از رفتار خاک با استفاده از پارامترهای رفتاری و همچنین ارتباط بین تنش و کرنش در حالات مختلف و تحت بارگذاری های متفاوت را ارائه دهد. در این پژوهش به مدل سازی و تحلیل عددی آزمایش سه محوری زهکشی نشده خاک با روش اجزای محدود توسط نرم افزار Midas GTS NX تحت تنش های همه جانبه متفاوت پرداخته شده است. صحت سنجی مدل سازی عددی با داده های موجود در ادبیات فنی صورت گرفته است. مدل رفتاری خاک سخت شونده نسبت به مدل موهر-کولمب مرسوم بیشترین تطابق را با رفتار تنش-کرنش خاک از خود نشان می دهد. از این رو در مدل سازی های مهندسی ژئوتکنیک با در دست داشتن پارامترهای رفتاری این مدل می توان نتایج بهتری را مشاهده کرد. لذا در این مقاله پارامترهای رفتاری خاک سخت شونده برای ماسه استاندارد دریاچه ارومیه با استفاده از مدل سازی های عددی مکرر به روش اجزای محدود تعیین شده و با نتایج آزمایشگاهی انجام شده مقایسه می شود. انطباق مناسب بین این نتایج، توانایی روش مدل سازی پژوهش حاضر را در تعیین پارامترهای رفتاری مورد نیاز انواع خاک ها، نشان می دهد.کلید واژگان: آزمایش سه محوری خاک، مدل سازی عددی، روش اجزای محدود، نرم افزارmidas GTS NX، مدل خاک سخت شونده، ماسه دریاچه ارومیهTriaxial soil test is one of the most important and widely used experiments to identify the soil behavior and determination of soil shear strength parameters. Thorough study of the soil behavior requires numerous experiments that require time and cost. The alternative solution is the use of numerical modeling. Numerical modeling requires constitutive soil model to provide a qualitative description of soil behavior using behavioral parameters and provide the relationship between stress-strain in different states and under different loads. In this research, numerical modeling undrained triaxial test with finite element method by Midas GTS NX software under different confining pressures have been done. Validation of the numerical modeling has been done with the data available in the technical literature. The hardening soil model shows the most agreement with the stress-strain behavior of the soil compared to the conventional Mohr-Coulomb model. Therefore, better results can be observed in geotechnical engineering modeling by having hardening soil model parameters. Therefore, in this paper, the behavioral parameters of the hardening soil for the standard Urmia lake sand are determined using repeated numerical modeling using the finite element method and compared with the laboratory results. The matching between these results demonstrates the ability of the present modeling method to determining the required behavioral parameters of all types of soils.Keywords: Triaxial Soil Test, Numerical Modeling, Finite Element Method, Midas GTS NX, Hardening Soil Models, Urmia Lake Sand
-
The optimal position and minimum support stiffness of a vibrating Timoshenko beam are investigated to maximize the fundamental frequency. The Finite element method is employed. The intermediate support's ideal position and minimal stiffness for a wide variety of slenderness proportions were achieved after validating the finite element model with the Euler-Bernoulli and Timoshenko model's analytical solution. It was observed that the ideal position of intermediate support and its minimum stiffness are sensitive to the slenderness ratio. According to the maximum-minimum theorem of Courant, the optimum position is at the zero of the second mode shape function (ZSMS). Also, it was observed that for thick cantilever beams with intermediate support at the optimal location, the minimum support stiffness is less than 266.9, which was reported in the literature for the Euler-Bernoulli beam. The minimum stiffness of familiar end conditions of an optimally located beam is presented for a wide range of slenderness ratios. Since, in many practical applications, it is impossible to locate support at the optimal position, the minimum support stiffness for a beam in which its intermediate support is not located at the optimal position is obtained for various boundary conditions and slenderness ratios.
Keywords: Euler-Bernoulli, Intermediate Support, Optimal Position, Minimum Stiffness, Finite Element Method -
ماشینهای سه فاز دوگانه نسبت به ماشینهای چندفاز دارای مزیتهایی می باشند. این ماشین ها دارای دو سیم پیچی سه فاز شیار کسری هستند (تعداد شیار بر قطب بر فاز کسری است) که از دو اینورتر سه فاز متداول تغذیه میشوند. هرچند گشتاور خروجی در شرایط پس از خطا کاهش می یابد اما استراتژی های کنترل پس از خطای آنها ساده می باشد و عملکرد پس از خطای آنها پایدار است. بنابراین، تجاری سازی ماشین های سه فاز دو گانه در آینده بسیار امیدوار کننده است. در این مقاله ابتدا آرایش سیم بندی و ترکیب شیار و قطب های ممکن بررسی خواهد شد. عملکرد ساختارها با آرایشهای مختلف سیم بندی و ترکیب قطب شیارهای ممکن با هم مقایسه و ساختار بهینه انتخاب خواهد شد. سپس با استفاده از اصل برابری نیرو محرکه مغناطیسی، استراتژی کنترل در شرایط خطا بدست می آید و به بررسی قابلیت تحمل پذیری خطا در ماشین سه فاز دوگانه مغناطیس دایم خواهیم پرداخت. در نهایت عملکرد موتور در شرایط خطای مدار باز مورد بررسی قرار خواهد گرفت
کلید واژگان: موتور مغناطیس دائم، سیم پیچی متمرکز، طراحی بهینه، آنالیز المان محدودJournal of Iranian Association of Electrical and Electronics Engineers, Volume:21 Issue: 2, 2024, PP 97 -109Compared with other multiphase machines, dual three-phase machines are able to take advantage of off-the-shelf three-phase inverters. Though the output torque decreases under post-fault conditions, the post-fault control strategies of them are simple, and their post-fault performance is steady. Therefore, the market of dual three-phase machines is promising in the future. In this paper, the design principle, operating characteristics behavior of the dual three-phase machine are investigated. Firstly, the winding arrangement and slot-pole combination of the dual three-phase machine is analyzed. The performance of different schemes iscompared, and the optimal scheme of winding arrangement and slot-pole combination for the dual three-phase machine is proposed. Moreover, the machine adopting the proposed scheme is designed. Secondly, operating characteristics of the dual three-phase machine under healthy conditions is analyzed. The possible fault terms of the machine is summarized. Comparing with conventional constant magnetomotive force, the advantage of the dual three-phase machine is significant. The effectiveness of the theoretical analysis and simulations is validated by the comparison.
Keywords: PM Motor, Dual Three-Phase Machine, Optimal Design, Finite Element Method -
تیله های مایع سیستم های نو ظهور ریزسیالات قطره ای گسسته هستند که جایگزین ساده ای برای ریزسیالات قطره ای مرسوم بوده که توسط ذرات نانو یا میکروی آبگریز احاطه شده اند. از مهترین کاربردهای تیله های مایع میتوان به استفاده از آنها در صنایع بیو شیمی، بیو پزشکی، تکنولوژی نانو و غیره اشاره کرد. در این تحقیق، مطالعه تیله های مایع در دو قسمت عملی و شبیه سازی صورت گرفته که در قسمت عملی، در ابتدا برای تولید تیله های مایع، نانو ذرات مگنتیت (Fe3O4)، سنتز و با پارافین آبگریز می گردند. در مرحله بعد با استفاده از یک میکروپیپت، یک قطره آب بر روی نانو ذرات قرار داده شده و با کج کردن سطح، بر روی نانو ذرات غلت داده شده که نهایتا" تیله مایع تشکیل می گردد. در آخر باز و بسته شدن غلاف پودری شکل با استفاده از میدان مغناطیسی ناشی از آهنربای ثابت مورد مطالعه قرار گرفت. در قسمت شبیه سازی، با مدلسازی تیله مایع با پوسته کشسان در اطراف قطره، تاثیر نیروی گرانشی زمین بر تیله مغناطیسی، مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده گردید که نتایج حاصل از شبیه سازی مطابقت خوبی با عملی را داراست.کلید واژگان: کشش سطحی، تیله مایع، میدان مغناطیسی، روش المان محدود، مدلسازی، سنتز نانو ذراتLiquid marbles are emerging discrete droplet microfluidic systems that are a simple alternative to conventional droplet microfluids encapsulated by hydrophobic nanoparticles or micro-particles. One of the most important applications of liquid marbles is their use in biochemistry, biomedicine, nanotechnology and so on. In this research, liquid marbles are studied in two parts of practical and simulation. In the practical part, for the production of liquid marbles, magnetite nanoparticles are first synthesized and hydrophobised with paraffin wax. In the next step, using a micropipette, a droplet of water is placed on the nanoparticles and by tilting the surface, it is rolled on the nanoparticles, which finally forms a "liquid marble". Finally, the opening and closing of the powdery shell studied using a magnetic field induced by a fixed magnet. In the simulation section, by modelling the marble with an elastic shell around the droplet, the effect of the gravitational force on it, was examined and it was observed that the simulation results show well agreement with the practical part.Keywords: Surface tension, liquid marble, Magnetic field, finite element method, Modelling, Nanoparticle synthesis
-
Due to the unique structure of Permanent Magnet Flux Switching Generators (PMFSG), which involves the interaction of permanent stator magnets and rotor teeth, the generated cogging torque is higher compared to that of other permanent magnet machines, resulting in torque ripple, vibration, and noise. A well-designed machine structure reduces vibration and noise in PMFSG generators while also improving generator performance, machine power, and efficiency. According to related research, PMFSGs are an efficient and attractive solution for wind turbine generator applications and small-scale applications. The cogging torque in the PMFS generator is critical. In this study, a permanent magnet flux switching generator with a spoke arrangement, a toothed rotor with a single-layer slot, and a permanent magnet inside the stator with less cogging torque and higher output power were constructed. Simulations were carried out using the two-dimensional Finite Element Method (FEM) and optimized using the Taguchi method. The best model design will lower effective cogging torque and ripple cogging torque. Finally, the effectiveness of the proposed optimization approach was validated by comparing it to the base model. As a result, the suggested optimization method can be used to effectively design PMFS machines and other types of PM machines used in renewable applications.Keywords: Cogging Torque, Finite Element Method, Taguchi Method, Permanent Magnet Flux Switching Generator, Wind Turbine
-
In this paper, a novel method to design and optimization of a 1.5 kW, 4-pole, 36-slot salient-pole permanent magnet synchronous machine (SPPMSM) based on a three-step skewed pole shoe method to reduce the output torque ripple and the cogging torque is investigated. In the first step, an initial model of the SPPMSM is designed, simulated, and verified through the Finite-Element method (FEM). The simulation results ensure the electromagnetic performance of the initial model of the machine under any operating conditions. Next, a novel method to re-design and optimize the SPPMSM based on a three-step skewed pole shoe shape is presented.. The significant results obtained from the optimized model of the SPPMSM are as: The output average torque and the air gap flux density are increased approximately by 12.65% and 3.33%, respectively compared to the initial design of the SPPMSM. The torque ripple is an important parameter in the design of the machine, and so, is decreased by about 16.03% which is equal to 10.41% in comparison with the initial model which is equal to 12.41%. The cogging torque in the initial model of the SPPMSM is equal to 0.036 N.m and with a 19.44% reduction, in the optimized model, it is 0.029 N.m. And finally, the back-EMF voltage of the SPPMSM is improved by 1.27% compared to the initial design model.Keywords: Salient-Pole Permanent Magnet Synchronous Machine, Skew-Pole Method, Torque Ripples, Cogging Torque, Finite-Element Method)
-
Because of the high torque ripple of the switched reluctance motor (SRM), a novel design optimization method is introduced in the present paper for the multi-layer switched reluctance motor. Using this design optimization method, torque ripple is reduced significantly, and average torque is increased as well. In the proposed method, the significant reduction of torque ripple is derived from variation of both the motor geometric structure and the design/control parameters. The most important design parameters of the SRM that have a significant effect on the torque ripple and average torque of the motor are stator/rotor pole arcs. The optimal values of these parameters are determined here using the design of experiments (DOE) algorithm. Having the instantaneous torque waveform of the motor is necessary for the accurate calculation of torque ripple. In the present paper, this waveform is predicted using an analysis of the motor based on finite element method (FEM). Applying the introduced design optimization method to a typical 8/6 multi-layer SRM, simulation results are presented and the effectiveness of the proposed design optimization method is demonstrated. Since the produced average torque of the multi-layer SRM is higher than the conventional type of SRM (one-layer), the proposed design optimization procedure could be utilized appropriately for the construction of a high-power SRM with minimum torque ripple.Keywords: Multi-Layer Switched Reluctance Motor, Design Optimization, Torque Ripple, Finite Element Method
-
Along with the development of hybrid electric vehicles, researchers are trying to reduce existing limitations such as noise and environmental concerns and improve the efficiency and reliability of these systems. The use of magnetic gear technology is one of the solutions that have been recently proposed to remove these limitations and achieve higher benefits. In this paper, a mechanically coupled magnetic geared (MCMG) machine has been introduced. An accurate analytical model based on the subdomain method is presented to calculate the magnetic machine performance. To do this, first, a pseudo-Cartesian coordinate system is specified, and then the constitutive equations, i.e. Laplace’s and Poisson’s equations are rewritten for different regions of the machine. The separation of variables method was used to determine the general solution of the equations. Then by applying appropriate interface and boundary conditions, the Fourier coefficients of the equations were determined. To verify the analytical results, the performance of the proposed magnetic machine is numerically simulated using the finite element method in commercial software, and then a prototype is built and tested in three distinct modes. By comparing the analysis results with numerical simulation results and experimental tests, the high accuracy of the proposed analytical model can be confirmed.
Keywords: Mechanically Coupled Magnetic Gear, Subdomain Method, Finite Element Method, Prototyping, Hybrid Electric Vehicle -
Scientia Iranica, Volume:30 Issue: 4, Jul-Aug 2023, PP 1368 -1381In this paper, an analytical model is proposed for evaluating electromagnetic performances of permanent magnet vernier machines (PMVMs) under healthy and faulty conditions. The proposed model employs flexible magnetic equivalent circuit (MEC) method, which its accuracy can be selected by tunable parameters. The model is capable of considering the influence of saturation effect, skewed slots, slot leakage fluxes, and various winding arrangements for the machines with desired properties. First, the proposed model is used to predict the no-load performance of machine at healthy condition. Then, the machine loading behaviors under healthy and demagnetization fault conditions are analyzed by the MEC model. Moreover, the results of the proposed model are compared and validated with those of 2-D finite element method (FEM) and 3-D FEM. Eventually, a specific pattern is extracted from the stator current spectrum to detect the demagnetization fault.Keywords: Consequent-pole, demagnetization fault, Finite Element Method, flux modulation, magnetic equivalent circuit, permanent magnet vernier machine
-
Journal of Electrical and Computer Engineering Innovations, Volume:11 Issue: 2, Summer-Autumn 2023, PP 291 -300Background and ObjectivesDue to exclusive advantages of the permanent magnet synchronous motors (PMSMs) such as large torque/power density, high efficiency and wide speed range in constant power region, special attention has been paid to these motors especially for electric vehicle (EV) application. A conventional type of PMSMs which is more suitable for EV application is the interior permanent magnet synchronous motors (IPMSM). The main objective of the present paper is design optimization of this type of PMSM to increase efficiency and reduce torque ripple which are important for EV application.MethodsUsing different shape design optimization methods including rotor notch, flux barrier and skewed rotor, design optimization of the delta-shape IPMSM is done and an optimized design is suggested first. One of the most important factors affecting the performance of the IPMSM is the magnet arrangement in the rotor structure. Based on the the design of experiments (DOE) algorithm, optimal values of some design parameters related to magnet are then determined to improve more the motor performance of the suggested structure.ResultsThe simulation results based on finite element method (FEM) are provided for a typical high-power IPMSM to evaluate the effectiveness of the proposed technique. In comparison to the initial design, 7% increase of average torque, 50% reduction of torque ripple and 1.4% increase of efficiency are resulted for the optimized motor.ConclusionUsing the proposed hybrid design optimization procedure (shape design optimization with optimum design parameters), significant improvement of some characteristics related to the delta-shape IPMSM including efficiency, average torque and torque ripple is resulted and this conclusion is desirable for EV application.Keywords: Interior Permanent Magnet Synchronous Motor, Electromagnetic Modeling, Design Optimization, Torque Ripple Reduction, Finite element method
-
Scientia Iranica, Volume:30 Issue: 3, May-June 2023, PP 1127 -1138This study aimed to provide the analytical design, optimization, and three-dimensional (3D) simulation through finite element method of a coreless stator axial field flux-switching motor (AFFSM). The motor consists of two indented rotors with a coreless stator between them consisting of a magnet and winding. First of the motor electrical and magnetic design was performed and its basic parameters were calculated. Then, the optimization of the machine was evaluated implementing the Taguchi algorithm in order to minimize the motor cogging torque. Some of the basic motor dimensions, such as the magnet length and width, the rotor tooth width and height, and the back iron thickness, were selected as optimization variables, and the best combination of these variables was obtained by changing them in a certain range to achieve the desired objective. Then, the accuracy of analytical design and optimization was evaluated through forming a 3D finite element method (FEM) of the motor and investigating its performance. Comparison of the optimized and primary motor revealed that the optimal design had a better performance than the initial. Finally, a prototype of the proposed motor was fabricated and tested, which indicated that the experimental results were largely similar to the analytical results.Keywords: Finite Element Method, Axial field flux-switching permanent magnet motor, Coreless, optimization, Taguchi method
-
موتورهای جریان مستقیم جاروبک دار آهنربای دایم به علت قیمت کم و همچنین کنترل ساده در بخش های مختلف خودرو مانند پنجره های برقی، سیستم تهویه، کنترل آینه ها و... استفاده می شوند. تخمین دقیق سرعت و موقعیت بدون سنسور موتورهای مورد استفاده در این کاربردها یکی از موضوعاتی است که مورد توجه سازندگان خودرو و پژوهشگران قرار گرفته است. این کار معمولا با استفاده از تشخیص نوسان های جریان آرمیچر انجام می گیرد. ازاین رو در این مقاله سعی شده است مدلی ارایه شود تا امکان پیش بینی دقیق رفتار این موتورها در محاسبه نوسان های جریان را داشته باشد. برای اینکار ضمن بررسی مدل های توسعه داده شده، با اصلاح آزمایش های مورد نیاز جهت تعیین پارامترهای مدل و همچنین در نظر گرفتن اثر گشتاور دندانه در آن، دقت مدل بهبود داده شده است. در بخش های مختلف برای انجام بررسی و همچنین تایید عملکرد مدل بهبود داده شده، از نتایج شبیه سازی اجزای محدود یک موتور نمونه استفاده شده است. مقایسه نتایج مدل پیشنهادی با مدل های قبلی و همچنین شبیه سازی اجزای محدود تایید کننده عملکرد مدل پیشنهادی است.کلید واژگان: موتور جریان مستقیم، موتور جاروبک دار، آهنربای دائم، پنجره برقی خودرو، مدل موتور، شبیه سازی اجزای محدودPermanent magnet brushed DC motors are widely used in the automotive industry due to their low cost and simple speed control. Sensorless speed and position estimation are interesting topics for car manufacturers and researchers. Usually, the armature current ripples are used for senseless speed estimation. Therefore, this paper aims to present a model to precisely predict the behavior of this motor, especially in the prediction of armature current ripples. First off, the previous models of DC motor are studied, and then a new test is proposed for measuring armature resistance to increase the accuracy of the model. Besides, the effect of cogging torque was investigated and the model was modified to consider the cogging torque. Finite element analysis used for different studies and verifying the performance of the proposed improved model. Comparison between the results obtained from the proposed model, previous model, and finite element method shows the superiority of the proposed model.Keywords: DC Motor, Brushed Motor, Permanent Magnet (PM), Electric Window Winder, Motor Model, Finite Element Method
-
ترانسفورماتورهای قدرت فرکانس بالا در مبدل های الکترونیک قدرت وجود دارند برای بسیاری از کاربرد ها مانند انتقال انرژی، سیستم های انرژی تجدید پذیر و منابع تغذیه وجود دارد. فن آوری های تولید مواد مغناطیسی مانند فریت، آمورف و نانو کریستال با فرکانس بالا برای کوچک سازی ترانسفورماتور ها و طراحی بهینه به کار گرفته می شود. در این مقاله ، طراحی ترانسفورماتور فرکانس بالا مبتنی بر روش اجزای محدود (FEM) پیشنهاد شده است، و یک ترانسفورماتور فرکانس بالای 5 کیلو ولت و توان 100 وات با هسته فریت برای کاربرد در شارژ کننده ولتاژ بالا در فناوری توان پالسی طراحی شده است. پس از مرحله محاسبات، مدل سه بعدی ترانسفورماتور با هسته غیر خطی با نرم افزار تحلیل اجزای محدود ماکسول ایجاد می شود و سپس شبیه سازی های مدل الکترومغناطیسی ترانسفورماتور با مدار مبدل الکترونیک قدرت با کمک نرم افزار Simplorer برای شرایط عملیاتی پیاده سازی می شود. همچنین بازده ترانسفورماتور، مدار معادل دقیق ترانسفورماتور و توزیع شار در هسته ترانسفورماتور بدست آمده است. علاوه بر این ، نمونه ترانسفورماتور ساخته و آزمایش شده است. داده های به دست آمده از روش المان محدود با روش تحلیلی و آزمایشگاهی مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که روش المان محدود در مقایسه با روش های تحلیلی دقیق تر به نظر می رسد. با توجه به اهمیت و پیچیدگی طراحی ترانسفورماتور های فرکانس بالا، استفاده از این روش می تواند مزایا و سادگی را برای طراحان ترانسفورماتور برای محاسبات پارامتر ها و طراحی بهینه فراهم کند.کلید واژگان: روش المان محدود، ترانسفورماتور پالسی، مبدل رزونانسی، الکترونیک قدرتHigh-frequency power transformers are available in electronic power converters for many applications such as power transmission, renewable energy systems, and power supplies. Magnetic materials production technologies such as ferrite, amorphous, and high-frequency nanocrystals are used to miniaturize transformers and optimize the design. In this paper, the design of a high-frequency transformer based on the finite element method (FEM) is proposed, and a frequency transformer above 5 kV and a power of 100 watts with a ferrite core is designed for use in high voltage charges in pulse power technology. After the calculation step, the three-dimensional model of the transformer with the nonlinear core is created with Maxwell finite element analysis software and then the simulations of the electromagnetic model of the transformer with electronic power converter circuit are implemented with the help of Simplorer software for operating conditions. Also, the efficiency of the transformer, the exact equivalent circuit of the transformer, and the flux distribution in the transformer core are obtained. In addition, transformer samples have been fabricated and tested. The data obtained from the finite element method are compared with the analytical and laboratory methods. The results show that the finite element method seems more accurate compared to the analytical methods. Due to the importance and complexity of designing high-frequency transformers, using this method can provide advantages and simplicity for transformer designers for parameter calculation and optimal design.Keywords: Finite Element Method, pulse transformer, resonant converter, power electronics
-
Dielectric Barrier Discharges (DBDs) are self-sustaining electrical discharges in electrode configurations containing an insulating material in the discharge path. Dielectric barrier discharge is considered a new method to produce plasma, which is of interest to researchers in various fields. In this article, electrical breakdown and plasma formation with argon atmospheric pressure gas are simulated. To avoid the complexity of the problem and faster convergence, the simulation has been done in one dimension. It has been shown that the optimization of a plasma reactor depends on the distance between the electrodes and the gas flow rate. By changing different discharge gaps, the gap has been optimized and as a result, optimized power consumption has been achieved.
Keywords: Dielectric Barrier Discharge, Plasma, Power Systems, Finite Element Method, Ionisation -
مولدهای فشرده سازی شار مارپیچی و مارپیچی دو طبقه در چند دهه اخیر به طور گسترده برای تولید پالس های جریان بسیار قوی در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گرفته اند. به منظور طراحی دقیق و بهینه این نوع مولدها، نیاز به محاسبه پارامترهای الکتریکی آن ها بر حسب زمان می باشد. از بین این پارامترهای الکتریکی، محاسبه اندوکتانس های خودی و متقابل سیم پیچ ها اهمیت زیادی دارد زیرا باعث کاهش هزینه های طراحی و ساخت خواهد شد. در این مقاله محاسبه پروفایل اندوکتانس خودی و متقابل مولد مارپیچی دو طبقه با حضور آرمیچر و در نظر گرفتن دینامیک آن با استفاده از روش عددی سه بعدی انجام شده است. برای این منظور معادلات ماکسول حاکم بر سیستم در بخش های مختلف بیان شده و سپس با استفاده از نرم افزار کامسول این معادلات حل شده و اندوکتانس ها بر حسب زمان به دست آمده اند. به منظور اعتبار سنجی نتایج به دست آمده، یک برنامه کامپیوتری در محیط MATLAB بر اساس روش محاسبه فیلمانی نوشته شده و نتایج مقایسه شده اند.
کلید واژگان: مولد مارپیچی دو طبقه، دینامیک آرمیچر، روش المان محدود، پروفایل اندوکتانس، روش فیلمانیHelical magnetic flux compression generators (HFCG) and Two Stage-Helical flux compression generator (TS-HFCG) have been widely used to produce very high current pulses for many applications in recent decades. In order to accurate analysis and optimized design of these generators, it is necessary to calculate their electrical parameters. Among these electrical parameters, calculating the self and mutual inductances is important because it reduces the design and construction costs. In this paper, the calculation of self-inductance and mutual inductance profiles of TS-HFCGs is carried out using a three dimensional numerical method in the presence of an armature and its dynamic. For this purpose, the Maxwell equations governing the system are expressed in different parts, and then, using the utility software, the equations are solved and the inductances are obtained. In order to validate the results, a computer program is written in MATLAB based on the filamentary method and the results are compared.
Keywords: Two Stage Helical Generator, Armature Dynamic, Finite Element Method, Inductance Profile, Filamentary Method -
Electric machines, particularly induction motors, are widely used in industry as they are robust in construction and require less maintenance. These machines are continuously operated under high loading conditions, which may result in machine vibrations. The Experimental-Modal-Analysis (EMA) technique is employed in this research to determine electrical machine vibrations. The hammer test is a popular EMA approach for locating the exact location of winding looseness. EMA test is executed on the stator winding to extract the modal parameters to find exact deformation in machine windings. Mathematical calculations and a numerical model are developed to validate the experimental data. The EMA’s Operational Deformation Structure (ODS) validates the winding’s looseness precisely. Two test machines’ MA and MB windings are tested with EMA to evaluate the stator slot structure’s looseness. Finally, the proposed technique is compared with the finite element technique along with mathematical calculations for verification.
Keywords: Induction Machine, Machine-A (MA), Machine-B (MB), Vibrations, Finite-Element-Method, Experimental-Modal-Analysis, Operational Deformation Structure
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.